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《电容器的电容》教学

 新用户65120Joi 2022-06-20 发布于山西
本节难点(教参原文):
      1.理解电容器的充、放电过程。电容器的充、放电过程抽象,持续时间较短。学生需要通过可测的物理量(电流、电压)推断抽象且不易测量的物理量(电荷量与能量)。需要靠演示实验突破此难点。

  2.通过实验建构电容的概念。需要设计实验探究电器两极板间电势差与所带电荷量的关系,而电荷量的测量是困难的。 

设计思路:
       三个实验+分析实验。实验认真参考教参,分析实验重在运用本章已学知识。
实验一.利用自制电容器放电引入课题


      器材:用保鲜膜绝缘的两不锈钢盘、PVC管、毛皮。为了提高学生的参与度,可在学生中公开“招标”器材,应该不难搞到。
      事先可试验单盘和双盘的带电效果。
      通过实验一:1可使学生直接观察到电容器的基本结构,有点小故事大道理的味道。2可使学生认识到电容器一个容纳“看不见”的电荷的“容器”。水容器容水可见,电容器容电不可见,通过实验使其“可现”。
 实验二.电容器的充、放电实验
        
      电压表用数字式的,电容、电阻按照教参给定值设定就行,电流表用灵敏电流计。有条件可用电流、电压传感器。
      观察电容器充放电时灵敏电流计指针偏转方向,确定充放电时电流的方向;观察电流、电压大小“匹配”关系;确定充电时电容器极板电性与电源正负极的关系。
实验三.探究电容器储存电荷量与电势差的关系
两个容器规格相同,电压表同样用数字式的。
按照教材指导,细致观察电压表的示数变化情况。

分析实验结果:
实验一
      异种相吸,不离不弃,同生死,共患难。孤立导体实质也可以储存电荷,但储存效果差,易漏。孤掌难鸣,独木难成林,独行侠干不过团队。
实验二:
       遵循电荷守恒定律。
       追踪溯源,充电时电容器上的电荷从何而来?
        放电时电容器上的电荷去向何处?
        从放电的中和(电荷的相聚)倒推充电的分离。为何电容器和电源连接时就能充电?
       电源有何法力?
       从电势差、电场力、静电平衡、电势能,运用前面所学逐步分析。
实验三:
      电容器并联,可作图示,直接去掉导线,直接将极板对接。等效于极板扩大面积。
      电荷面密度如何变化?
      每个电容器极板电量如何变化?
      电场线的疏密如何变化?
      两极板间电势差如何变化?
      电荷量与电势差的比值如何变化?
连环追问,规范板画,形象化电荷量与电势差之间的关系。可推广至并联多个电容器的情景。
       以上完成了本节内容的主要环节。探究平行板电容器电容的影响因素实验的理论分析可在实验三的基础上分析。可得出正对面积和极板间距对电容的影响。
       本节疑问:

      1.前面几节内容涉及到匀强电场时,文字、插图都配的是平行板电容器。已默认平行板电容器间的电场是匀强电场。本节还是默认,教材中没给学生做出解释,中学阶段感觉从静电平衡时导体表面的电场线分布特点解释较好,毕竟不讲授通路定理和积分方法。文字说明:相距很近的一对带等量异种电荷的平行金属板,它们之间的电场除边缘外,可以看作匀强电场。相距很“近”,参考物“远”,“参考物”是何物?学生会有疑问。几幅插图感觉不太符合实际。


   2.平行板电容器两极板所带电荷为何是严格的等量异种?电荷为何规矩到如此地步?

    理想化电容器,电场线为有源线,从电场线特点说明。从正电荷发出,在平行板内,也只能终于负电荷,又是匀强电场,电场线也无法曲线救国。有始有终,只能一对一。

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